一种钨/不锈钢热双金属材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钨/不锈钢热双金属材料的制备方法，该方法包括：一、分别下料得到钨板复板和不锈钢板基板，并选择辅助环和Ag‑Cu‑Ti系钎料；二、依次进行去污除氧化皮和去油；三、采用对称装配形成料坯；四、将料坯进行真空钎焊得到钨/不锈钢热双金属复合板坯；五、对钨/不锈钢热双金属复合板坯进行时效处理；六、经机械去除和表面打磨得到两块尺寸相同的钨/不锈钢热双金属复合板。本发明专利技术通过对基板、复板、辅助环以及Ag‑Cu‑Ti系钎料的选择和尺寸控制，结合采用对称装配并采用真空钎焊，减少了真空钎焊过程中钨板与不锈钢板变形量差异，提高了钨/不锈钢热双金属材料的界面结合强度及平整性，提高了原料的利用率及成品率。

A preparation method of tungsten / stainless steel hot bimetal material

【技术实现步骤摘要】
一种钨/不锈钢热双金属材料的制备方法
本专利技术属于金属复合材料制备
，具体涉及一种钨/不锈钢热双金属材料的制备方法。
技术介绍
热双金属材料是指由两种热膨胀性能相差较大的金属复合而成的平面层状复合材料。随着环境温度的变化，热双金属材料的挠度会自主地发生变化。其中，线膨胀系数较高的金属为主动层，线膨胀系数较低的金属为被动层。作为一种智能材料，热双金属已被广泛应用于电工、电子、仪器仪表、自动控制等领域。金属钨具有高熔点、高硬度/强度和极低的线膨胀系数等特点；而不锈钢具有较高的熔点，适中的强韧配合以及高的线膨胀系数，尤其是奥氏体不锈钢又属于单相组织，温度变化过程中其线膨胀系数不受组织变化的影响。若能采用某种工艺技术将钨和奥氏体不锈钢进行连接制成钨/不锈钢复合板，即可作为一款新型热双金属材料应用。可以预期，钨/不锈钢热双金属将具有以下性能优点：(1)热灵敏度高；(2)使用温度区间宽；(3)构件强度高，弹性模量大。目前，钨/不锈钢热双金属的制备方法主要有真空钎焊法、热轧复合法、爆炸焊接法以及胶粘法。其中，真空钎焊法是指在一定真空度下，将工件加热到钎料熔点附近，同时施加垂直于界面的压力并保持适当时间，然后缓慢冷却制得复合板；该方法可制得结合性能良好的复合板，但由于钨和不锈钢的线膨胀系数相差较大，室温下复合板整体呈锅底状，难以校平。热轧复合法是对钨板和不锈钢板进行表面处理并真空包覆，然后在轧机上进行大道次变形，从而制得复合板；该方法可制得大尺寸复合板，且成本低廉，但制得的复合板结合强度较低且内应力大，影响后期使用。爆炸焊接法是利用炸药爆炸产生的能量使不锈钢板与钨板之间发生倾斜碰撞，在力和热的双重作用下产生冶金结合；该方法制得的复合板结合强度高，但由于钨的脆性大，复合板的成品率较低，板形控制难度大。胶粘法是借助某些有机粘结剂直接将钨和不锈钢粘接在一起。该方法操作简便，成本低廉，但连接强度较低，最高使用温度仅300℃。因此，需要开发一种新的钨/不锈钢热双金属的制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种钨/不锈钢热双金属材料的制备方法。该方法通过对基板不锈钢板、复板钨板、辅助环以及Ag-Cu-Ti系钎料的选择和尺寸控制，结合采用对称装配的方式制备料坯并进行真空钎焊，减少了真空钎焊过程中钨板与不锈钢板变形量差异，显著提高钨/不锈钢热双金属材料的界面结合强度及平整性，提高了原料的利用率及成品率。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种钨/不锈钢热双金属材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、材料准备：采用机械法分别对钨板原料和不锈钢板原料进行下料，得到的钨板作为复板，得到的不锈钢板作为基板，然后根据复板和基板的尺寸及基板的材质选择辅助环，并选择Ag-Cu-Ti系钎料；所述复板的材质型号为W1或W2，复板的尺寸为：厚度d1×长度l1×宽度w1，所述基板的材质型号为304或316L，基板的尺寸为：厚度d2×长度l2×宽度w2，且l2＝l1+(20mm～60mm)，w2＝w1+(20mm～60mm)；所述辅助环的材质与基板相同，辅助环的内环尺寸为：厚度d3×长度l3×宽度w3，且l3＝l1+1mm，w3＝w1+1mm，d3＝2d1，辅助环的外环的厚度与内环厚度相等，长度、宽度均与基板的长度、宽度对应相等；所述Ag-Cu-Ti系钎料的尺寸为：厚度D×长度L×宽度W，且L＝l2+(5mm～10mm)，W＝w2+(5mm～10mm)；所述复板、基板、辅助环和Ag-Cu-Ti系钎料的尺寸单位均为mm；步骤二、表面处理：采用机械法分别去除步骤一中准备的复板、基板、辅助环及Ag-Cu-Ti系钎料表面的氧化皮及污染物，然后采用乙醇或丙酮进行去油；步骤三、料坯装配：采用对称装配的方式，将两块步骤二中经去油后的复板沿厚度方向重叠装入到步骤二中经去油后的辅助环的环腔内，并与经去油后的辅助环的上端面和下端面齐平，然后将两块步骤二中经去油后的基板沿厚度方向分别叠放在辅助环的上端面和下端面上，并分别在经去油后的基板与辅助环上端面、经去油后的复板之间以及经去油后的基板与辅助环下端面、经去油后的复板之间均铺设经去油后的Ag-Cu-Ti系钎料，形成料坯；步骤四、焊接复合：将步骤三中形成的料坯放置于真空热压炉内，并抽取真空至真空度不低于2.0×10-2Pa，然后采用液压系统沿垂直于料坯板面的方向加压，并控制压力为5MPa～10MPa，再开启加热系统将料坯加热至880℃～950℃保温30min～60min，随炉冷却至室温后，得到钨/不锈钢热双金属复合板坯；步骤五、热处理：对步骤四中得到的钨/不锈钢热双金属复合板坯进行时效处理；步骤六、后处理：采用机械法去除步骤五中经时效处理后的钨/不锈钢热双金属复合板坯中的辅助环、辅助环上、下端面处的Ag-Cu-Ti系钎料以及辅助环上、下端面对应处的基板，然后进行表面打磨，得到两块尺寸相同的钨/不锈钢热双金属复合板由于钨的线膨胀系数为4.5×10-6/k，不锈钢的线膨胀系数为(14.4～16)×10-6/k，两者的热膨胀性能相差较大，加热和冷却过程中钨板的变形量均明显小于不锈钢板的变形量，导致钨板与不锈钢板复合板结合性能受限且平整性较差。本专利技术基于钨板与不锈钢板在加热和冷却过程中的变形特点，采用对称装配的方式形成料坯，将两块复板钨板装入不锈钢辅助环内腔中并分别覆盖基板不锈钢板，在钨板与不锈钢板、辅助环端面之间铺设Ag-Cu-Ti系钎料形成料坯，然后进行真空钎焊，通过对钨板、不锈钢板、辅助环以及Ag-Cu-Ti系钎料的尺寸控制，减少了真空钎焊的热压过程以及冷却过程中的钨板与不锈钢板变形量差异，提高了钨板与不锈钢板的结合性能，进而提高了钨/不锈钢热双金属材料的界面结合强度及平整性，大大提高了原料的利用率及成品率；同时，利用Ag-Cu-Ti系钎料的流动性和对钨板良好的润湿性，改善了连接界面的质量，提高了钨板与不锈钢板的结合强度；由于料坯成对称装配，在真空钎焊过程中两对钨板与不锈钢板承受的压力和温度较为均匀，提高了两块钨/不锈钢热双金属复合板的复合效果一致性，有利于提高成品率；另外，采用辅助环有利于料坯的对称装配，且承受了不锈钢板的压力，避免了对脆性钨板的破坏，有效控制了钨/不锈钢热双金属复合板的板形，还有利于真空钎焊过程中Ag-Cu-Ti系钎料充分流动填隙，避免了钨板与不锈钢板连接界面处的针眼和孔洞缺陷，进一步提高了钨板与不锈钢板的结合强度。上述的一种钨/不锈钢热双金属材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述Ag-Cu-Ti系钎料由以下质量百分含量的成分组成为：Cu25.8％～26.6％，Ti4.2％～4.6％，ln1.4％～2.0％，Ni2.5％～3.2％，Mn1.8％～2.4％，余量为Ag。该优选组分的钎料在复板钨板表面的润湿性较好，且流动性好，填隙能力强，改善了连接界面的质量，进一步提高复板与基板的连接强度。上述的一种钨/不锈钢热双金属材料的制备方法，其特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钨/不锈钢热双金属材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、材料准备：采用机械法分别对钨板原料和不锈钢板原料进行下料，得到的钨板作为复板，得到的不锈钢板作为基板，然后根据复板和基板的尺寸及基板的材质选择辅助环，并选择Ag-Cu-Ti系钎料；/n所述复板的材质型号为W1或W2，复板的尺寸为：厚度d

【技术特征摘要】
1.一种钨/不锈钢热双金属材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、材料准备：采用机械法分别对钨板原料和不锈钢板原料进行下料，得到的钨板作为复板，得到的不锈钢板作为基板，然后根据复板和基板的尺寸及基板的材质选择辅助环，并选择Ag-Cu-Ti系钎料；
所述复板的材质型号为W1或W2，复板的尺寸为：厚度d1×长度l1×宽度w1，所述基板的材质型号为304或316L，基板的尺寸为：厚度d2×长度l2×宽度w2，且l2＝l1+(20mm～60mm)，w2＝w1+(20mm～60mm)；
所述辅助环的材质与基板相同，辅助环的内环尺寸为：厚度d3×长度l3×宽度w3，且l3＝l1+1mm，w3＝w1+1mm，d3＝2d1，辅助环的外环的厚度与内环厚度相等，长度、宽度均与基板的长度、宽度对应相等；
所述Ag-Cu-Ti系钎料的尺寸为：厚度D×长度L×宽度W，且L＝l2+(5mm～10mm)，W＝w2+(5mm～10mm)；
所述复板、基板、辅助环和Ag-Cu-Ti系钎料的尺寸单位均为mm；
步骤二、表面处理：采用机械法分别去除步骤一中准备的复板、基板、辅助环及Ag-Cu-Ti系钎料表面的氧化皮及污染物，然后采用乙醇或丙酮进行去油；
步骤三、料坯装配：采用对称装配的方式，将两块步骤二中经去油后的复板沿厚度方向重叠装入到步骤二中经去油后的辅助环的环腔内，并与经去油后的辅助环的上端面和下端面齐平，然后将两块步骤二中经去油后的基板沿厚度方向分别叠放在辅助环的上端面和下端面上，并分别在经去油后的基板与辅助环上端面、经去...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊科社，董运涛，吴江涛，朱磊，
申请(专利权)人：西安天力金属复合材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61